import java.util.Stack;

public class Sort {
    /**
     * 快速排序(递归)
     * @param array
     */
    public void quickSort(int[] array) {
        quick(array,0,array.length - 1);
    }

    /**
     *
     *      1.判断start是否大于等于end,符合证明已经排序完毕,则结束
     *      2.找到基准
     *      3.对左基准部分进行递归
     *      4.对右基准部分进行递归
     */
    private void quick(int[] array,int start,int end) {
        //结束条件
        if(start > end) {
            return;
        }
        //三数取中
        int index = middleNum(array,start,end);
        swap(array,index,start);
        //接近有序使用直接插入
        if(end - start + 1 <= 15) {
            insertSort(array,start,end);
            return;
        }
        int pivot = partition(array,start,end);
        //左
        quick(array,start,pivot - 1);
        //右
        quick(array,pivot + 1,end);
    }

    /**
     * 优化2:接近有序使用直接插入
     * @param array
     * @param start
     * @param end
     *      1.将需要比较元素放入临时变量tmp
     *      2.判断tmp是否小于前一个元素,小于,则前一个元素放入比较元素位置,继续向前比较,当大于时,将tmp放入该位置
     *      3.如果直接大于,则结束比较
     */
    private void insertSort(int[] array,int start,int end) {
        for(int i = start + 1;i <= end;i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for(;j >= start;j--) {
                if(tmp < array[j]) {
                    array[j + 1] = array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }
    /**
     * 优化一:找到中间元素放到left位置
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private int middleNum(int[] array,int left,int right) {
        int mid = left + (right - left) / 2;
        if(array[left] > array[right]) {
            if(array[mid] > array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid] < array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid] > array[right]) {
                return right;
            }else if(array[mid] < array[left]) {
                return left;
            }else {
                return right;
            }
        }
    }
    /**
     * 查找pivot(基准),并进行相应调整->Hoare法
     *      1.确定left right
     *      2.判断left是否>=right,是,结束循环,返回基准,否,继续循环,寻找基准
     *      3.right先进行移动,找到小于等于array[left]的元素
     *      4.left进行移动,找到大于等于array[left]的元素
     *      5.left right 进行交换
     *      6.当left right 相遇,证明已经找到基准,array[left]放入array[pivot],并返回基准
     */
    private int partitionHoare(int[] array,int start,int end) {
        int left = start;
        int right = end;
        while(left < right) {
            while(left < right && array[right] >= array[start]) {
                right--;
            }
            while(left < right && array[left] <= array[start]) {
                left++;
            }
            swap(array,left,right);
        }
        swap(array,left,start);

        return left;
    }
    private void swap(int[] array,int i,int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    /**
     * 寻找基准(挖坑法)
     * @param array
     * @param start
     * @param end
     * @return
     *      1.将array[start]放入临时变量tmp
     *      2.right查找小于array[start]的元素,找到,则放入array[start]
     *      3.left查找大于tmp大元素,找到,则放入array[right]
     *      4.当循环截止,left right 相遇,返回基准值
     */
    private int partition(int[] array,int start,int end) {
        int left = start;
        int right = end;
        int tmp = array[start];
        while(left < right) {
            while(left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            if(left >= right) {
                break;
            }
            array[left] = array[right];
            while(left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            if(left >= right) {
                break;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    /**
     * 快排非递归->通过栈进行分治
     * @param array
     *      1.首先进行一次找基准
     *      2.进行入栈(相当于给初始范围)
     *      3.弹出两个元素(范围)进行再次找基准
     *      4.然后判断是否满足入栈条件(范围个数>1),满足则入栈,不满足则
     */
    public void quickNor(int[] array) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;

        int pivot = partition(array,left,right);
        if(pivot - 1 > left) {
            stack.push(left);
            stack.push(pivot - 1);
        }
        if(pivot + 1 < right) {
            stack.push(pivot + 1);
            stack.push(right);
        }
        //进行找基准
        while(!stack.empty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();

           pivot = partition(array,left,right);

            if(pivot - 1 > left) {
                stack.push(left);
                stack.push(pivot - 1);
            }
            if(pivot + 1 < right) {
                stack.push(pivot + 1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }

    /**
     * 归并排序->递归
     * @param array
     *
     */
    public void mergeSort(int[] array) {
        mergeFunc(array,0,array.length - 1);
    }

    /**
     * 归并方法
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     *      1.判断左右是否相等,相等证明已经全部分解
     *      2.寻找中间分割点mid
     *      3.递归左边
     *      4.递归右边
     *      5.合并
     */
    private void mergeFunc(int[] array,int left,int right) {
        if(left >= right) {
            return;
        }

        int mid = left + (right - left) / 2;
        mergeFunc(array,left,mid);
        mergeFunc(array,mid + 1,right);

        merge(array,left,mid,right);
    }

    /**
     * 合并
     * @param array
     * @param left
     * @param mid
     * @param right
     *     1.求出两个待合并数组范围
     *     2.循环进行合并,谁小,谁就先放入其中
     *     3.当循环结束,可能有一个数组不为空,判断,并将剩余元素放入新数组中
     *     4.将新数组元素,放入原数组对应下标
     */
    private void merge(int[] array,int left,int mid,int right) {
        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid + 1;
        int e2 = right;

        int[] tmpArray = new int[right - left + 1];
        int k = 0;

        while(s1 <= e1 && s2 <= e2) {
            if(array[s1] >= array[s2]) {
                tmpArray[k++] = array[s2++];
            }else {
                tmpArray[k++] = array[s1++];
            }
        }

        while(s1 <= e1) {
            tmpArray[k++] = array[s1++];
        }
        while(s2 <= e2) {
            tmpArray[k++] = array[s2++];
        }

        for(int i = 0;i < tmpArray.length;i++) {
            array[i + left] = tmpArray[i];
        }
    }

    /**
     * 归并排序->非递归
     * @param array
     *      1.创建变量,从头开始,使用变量,划出1组
     *      2.进行合并
     *      3.改变组内元素,改变变量下标
     *      4.合并
     */
    public void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap = 1;
        while(gap < array.length) {
            for(int i = 0;i < array.length;i = i + 2 * gap) {
               int left = i;
               int mid = i + gap - 1;
               if(mid >= array.length) {
                   mid = array.length - 1;
               }
               int right = mid + gap;
                if(right >= array.length) {
                    right = array.length - 1;
                }
               merge(array,left,mid,right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }
    /**
     * 计数排序
     *      时间复杂度:O(范围+N)
     *      空间复杂度:O(N)
     *      稳定性:稳定
     */
    public void countSort(int[] array) {
        int min = 0;
        int max = 0;
        //找最值
        for(int i = 1;i < array.length;i++) {
            if(array[i] < array[min]) {
                min = i;
            }
            if(array[i] > array[max]) {
                max = i;
            }
        }
        //计数
        int result = array[max] - array[min];
        int[] count = new int[result + 1];
        for(int i = 0;i < array.length;i++) {
            int index = array[i] - array[min];
            count[index]++;
        }
        int tmp = array[min];
        //遍历count
        int k = 0;
        for(int i = 0;i < count.length;i++) {
            while(count[i] > 0) {
                array[k++] = i + tmp;
                count[i]--;
            }
        }
    }
}
